Wie tief wird eine Erdwärmesonde gebohrt?

Die Bohrtiefe hängt vom Wärmebedarf des Gebäudes und den geologischen Verhältnissen vor Ort ab. In der Praxis liegen die meisten Erdwärmesonden zwischen 80 und 200 Metern Tiefe. Für ein typisches Einfamilienhaus mit 10 kW Heizlast werden je nach Geologie etwa 100–150 m Bohrlänge benötigt — verteilt auf eine oder mehrere Sonden.

Wie lange hält eine Erdwärmesonde?

Bei fachgerechter Ausführung und qualitativ hochwertigen Materialien sind Erdwärmesonden auf eine Nutzungsdauer von 50 bis über 100 Jahren ausgelegt. Entscheidend ist die Verwendung von PE-RC (Polyethylen mit erhöhter Risszähigkeit) nach DIN 8074/8075, das speziell für den Einsatz im Erdreich entwickelt wurde. Die Sonde selbst hat keine beweglichen Teile und ist damit nahezu wartungsfrei.

Was ist der Unterschied zwischen Einfach-U und Doppel-U-Sonde?

Bei der Einfach-U-Sonde werden zwei Rohre (Vor- und Rücklauf) als U-Form ins Bohrloch eingebaut. Die Doppel-U-Sonde hat vier Rohre — zwei parallele U-Rohre — was eine deutlich größere Wärmetauscherfläche und damit eine um 15–25 % höhere spezifische Entzugsleistung ergibt. Doppel-U-Sonden sind heute der Standard, da der Mehraufwand beim Material durch die höhere Effizienz schnell kompensiert wird.

Wie viel Wärme kann eine Erdwärmesonde pro Meter entziehen?

Die spezifische Entzugsleistung variiert je nach Geologie erheblich. In trockenem Lockergestein ist sie deutlich geringer als in wassergesättigtem Kies oder Hartgestein. Die VDI 4640 Blatt 2 enthält Richtwerte für die Auslegung — die konkreten Zahlenwerte sind der aktuellen Ausgabe zu entnehmen.

Erdwärmesonde — Aufbau, Typen und Leistung | Wissen für Bohrfirmen

Was ist eine Erdwärmesonde?

Eine Erdwärmesonde (EWS) ist ein geschlossenes Rohrsystem, das senkrecht ins Erdreich eingebaut wird und als Wärmetauscher zwischen dem Untergrund und der Wärmepumpe dient. Die Sonde führt eine Trägerflüssigkeit — meist ein Wasser-Glykol-Gemisch — im Kreislauf durch das Bohrloch. Diese Flüssigkeit nimmt im Hinweg die Wärme des umgebenden Gesteins auf und gibt sie im Rücklauf an die Wärmepumpe ab.

Das Prinzip ist denkbar einfach: Das Erdreich hat ab ca. 15–20 m Tiefe eine nahezu konstante Temperatur von 8–12 °C (je nach Region und Tiefe). Diese Wärme ist das ganze Jahr verfügbar — unabhängig von Außentemperaturen. Eine gut ausgelegte Erdwärmeanlage erreicht Jahresarbeitszahlen (JAZ) von 4,0 bis 5,5, was bedeutet: Pro Kilowattstunde Strom liefert die Anlage 4 bis 5,5 kWh Wärme.

Bauarten im Überblick

Einfach-U-Sonde

Die Einfach-U-Sonde besteht aus zwei Rohren (DN 32 oder DN 40), die am unteren Ende mit einem U-Stück verbunden sind. Sie ist die einfachste und kostengünstigste Bauart, wird heute aber kaum noch als Neuinstallation gewählt, da die Doppel-U-Sonde bei geringem Mehraufwand deutlich besser abschneidet.

Einsatzgebiet: Kleinanlagen, begrenzte Budgets, sehr enge Bohrlöcher (< 130 mm Durchmesser).

Doppel-U-Sonde

Vier Rohre in U-Anordnung — zwei parallele Kreisläufe im selben Bohrloch. Dies ist heute der Standardtyp in Deutschland. Durch die größere benetzte Fläche und den besseren Wärmeübergang zum Verfüllmörtel ergibt sich eine um 15–25 % höhere Entzugsleistung gegenüber der Einfach-U-Sonde bei gleicher Bohrtiefe.

Rohrmaße: Typisch DN 25 oder DN 32, seltener DN 40. Bohrdurchmesser: Mindestens 130 mm, üblich 140–165 mm. Einsatzgebiet: Standardanwendung für Wohngebäude, Gewerbe, kleine Industrie.

Koaxialsonde

Die Koaxialsonde besteht aus einem äußeren und einem inneren Rohr im selben Bohrloch. Die Trägerflüssigkeit fließt im Ringspalt nach unten und durch das Innenrohr zurück (oder umgekehrt). Diese Bauart erlaubt kleinere Bohrdurchmesser, ist aber hydraulisch und thermisch aufwändiger zu berechnen.

Vorteil: Weniger Platzbedarf im Bohrloch, gute Eignung für sehr große Tiefen. Nachteil: Höherer Druckverlust, teurer in der Herstellung, geringere Entzugsleistung pro Meter. Einsatzgebiet: Tiefensonden ab 300 m, besondere Platzverhältnisse.

Materialien und Normen

Alle in Deutschland eingesetzten Erdwärmesonden müssen aus PE-RC (Polyethylen mit erhöhter Risszähigkeit) nach DIN 8074/8075 und DVS 2207-1 gefertigt sein. PE-RC ist widerstandsfähiger gegen langsames Risswachstum als Standard-PE und damit für die Nutzungsdauer von 50+ Jahren ausgelegt.

Die Schweißverbindungen an Sondenköpfen und U-Stücken müssen nach DVS 2207 ausgeführt und dokumentiert werden. Jede Sonde erhält vor dem Einbau eine Werksprüfung, und nach dem Einbau ist die Druckprüfung nach VDI 4640 Pflicht.

Material	Norm	Anwendung
PE-RC 100	DIN 8074 / ISO 4427	Sondenrohre, Sammelleitung
PE-HD	DIN 8074	Verbindungsleitung (Gebäude)
Edelstahl 1.4571	DIN EN 10216	Sondenkopf (optional)
Fertigverpressmörtel	VDI 4640 Blatt 2	Ringspaltverfüllung

Funktion und Wärmeübertragung

Die Effizienz einer Erdwärmesonde hängt von drei Faktoren ab:

Thermische Leitfähigkeit des Gesteins (λ-Wert): Liegt zwischen 1,5 W/(m·K) für trockenen Ton und 3,5 W/(m·K) für wassergesättigten Sandstein oder Gneis. Höherer λ-Wert = mehr Entzugsleistung pro Meter.
Thermische Leitfähigkeit des Verfüllmörtels: Der Ringraum zwischen Sonde und Bohrlochwand muss mit einem wärmeleitfähigen Verpressmörtel verfüllt werden. Die VDI 4640 definiert den Mindestwert für die thermische Leitfähigkeit; marktübliche Fertigmörtel erfüllen oder übertreffen diese Anforderung.
Sondenbauart: Doppel-U vor Einfach-U, Rohranordnung im Bohrloch (Abstandshalter sichern optimale Wärmeübertragung).

Spezifische Entzugsleistung nach VDI 4640

Die VDI 4640 Blatt 2 enthält Richtwerte für die spezifische Entzugsleistung in Abhängigkeit der Geologie. Die Tabelle unterscheidet nach Gesteinstypen — von trockenem Lockersediment (geringste Entzugsleistung) über wassergesättigte Sedimente bis hin zu kristallinem Gestein (höchste Entzugsleistung). Die Werte gelten für eine definierte Jahresbetriebsdauer; bei abweichender Betriebszeit ist eine Korrektur vorzunehmen.

Die konkreten Zahlenwerte (in W/m) sind der aktuellen Ausgabe der VDI 4640 Blatt 2 zu entnehmen. In der Praxis zeigt sich: Die Geologie am Standort bestimmt maßgeblich die Wirtschaftlichkeit der Anlage. Ein Thermal Response Test liefert projektspezifische Werte, die genauer sind als die tabellierten Richtwerte.

Wann welche Sonde wählen?

Doppel-U-Sonde ist der Standardfall für alle Neuinstallationen bis ca. 200 m Tiefe. Sie bietet das beste Kosten-Leistungs-Verhältnis und ist von allen Planungsbüros und Behörden akzeptiert.

Einfach-U-Sonde nur noch bei sehr kleinen Anlagen unter 5 kW Heizlast oder wenn der Bohrdurchmesser unter 130 mm liegt (selten).

Koaxialsonde bei Tiefen über 300 m oder wenn der Platzbedarf im Bohrloch minimiert werden muss.

Einbau und Qualitätssicherung

Der Einbau der Erdwärmesonde erfolgt nach Fertigstellung der Bohrung:

Sonde auf Transporttrommel bereitstellen und auf sichtbare Beschädigungen prüfen.
Sonde mit Wasser befüllen und Gewicht (Zentriergewicht) am Sondenfuß befestigen.
Sonde in einem Zug ins Bohrloch einführen — kein Stoßen oder Knicken.
Abstandshalter (Spacer) sicherstellen — in regelmäßigen Intervallen nach VDI 4640.
Druckprüfung durchführen (Prüfparameter gemäß VDI 4640 Blatt 2).
Ringraum von unten nach oben verpressen (Kontraktorrohr-Verfahren).
Abschließende Dokumentation und Protokollierung.

Alle Schritte müssen im Bohrprotokoll festgehalten werden. Das Druckprüfprotokoll ist Bestandteil der Dokumentation, die der Behörde auf Anfrage vorgelegt werden muss.

Praktische Hinweise für Bohrfirmen

Sonden niemals ohne Füllung (Wasserdruck) ins Bohrloch einführen — leere Rohre können kollabieren.
Abstandshalter nicht weglassen: Ohne Spacer liegt die Sonde an der Bohrlochwand an, was die Wärmeübertragung und den Verpresserfolg stark beeinträchtigt.
Sondenkopf sauber und druckdicht aus der Bohrung herausführen — Übergabearmatur außerhalb des Bohrlochs montieren.
Alle Schweißnähte sind zu dokumentieren und müssen von einer qualifizierten Schweißfachkraft nach DVS 2207 ausgeführt werden.
Für die Übergabe an den Betreiber: Tiefenprotokoll, Druckprüfprotokoll und Verpressprotokoll sind Pflicht.

Erdwärmesonde